电工基础

电工基础知识三相交流电知识交流电：随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。

表达式为：以正弦电流为例 振幅、角频率和初相称为正弦量的的三要素周期T ：正弦量完整变化一周所需要的时间频率f ：正弦量在单位时间内变化的周数角频率ω：正弦量单位时间内变化的弧度数相位：正弦量表达式中的角度初相：t =0时的相位相位差：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。

)sin(u m t U u θω+=)sin(i m t I i θω+=三相交流电：在两磁极中间，放一个线圈。

让线圈以ω的角速度顺时针旋转。

根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向为由A →X 。

合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。

三相电动势的特征：幅值相等，频率相同，相位互差120°º3. 三相交流电源的联接星形接法各相电动势的参考方向，选定自绕组的末端指向始端。

三相四线制供电 0=++C B A E E E c e三相电源星形接法的两组电压 相电压：火线对零线间的电压 相电压u A ， u B ， u C 对称线电压也对称 线电压和相电压的关系同理：线电压与相电压的通用关系表达式：在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为=220V ； =380V 电机知识在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。

铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下。

1. 型号（Y-112M-4）C C B B A A e u e u e u ===C B o P A 0==∠=U U U U U U AC U A C BN u u u A C CA C B BC BA AB U U U U U U U U U -=-=-=)(B A B A AB U U U U U -+=-=︒∠=303A A B U U ︒∠=-=303A B A AB U U U U ︒︒∠=-=∠=-=30 330 3C A C CA B C B BC U U U U U U U U AB U C U CA U ︒∠=30 pU U l 3l U p U---为相电压 ---为线电压 p U l UY 为电动机的系列代号，112为基座至输出转轴的中心高度（mm ）M 为机座类别（L 为长机座，M 为中机座，S 为短机座），4为磁极数。

旧的型号如J02-52-4：J 为异步电动机，0为封闭式，2为设计序号，5为机座号，2为铁心长度序号，4为磁极数。

2．额定功率（4.0KW ）额定功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率，用表示，以千瓦（kW ）或瓦（W ）为单位。

3．额定电压（380V ）额定电压是指接到电动机绕组上的线电压，用U N 表示。

三相电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的±5%。

电压过高，电动机容易烧毁；电压过低，电动机难以启动，即使启动后电动机也可能带不动负载，容易烧坏。

4．额定电流（8.8A ）额定电流是指三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流，用I N 表示，以安（A ）为单位。

若超过额定电流过载运行，三相电动机就会过热乃至烧毁。

三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间有如下关系式N N N N N I U P ηϕcos 3=式中 N ϕc o s ——额定功率因数N η ——额定效率5．额定频率(50Hz)额定频率是指电动机所接的交流电源每秒钟内周期变化的次数，用N f 表示。

我国规定标准电源频率为50Hz 。

6．额定转速（1440r/min ）额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用N n 表示，一般是略小于对应的同步转速1n 。

如1n =1 500r/min ，则N n =1 440r/min 。

7．绝缘等级绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。

它与电动机绝缘材料所能承受的温度有关。

A 级绝缘为1050C ，E 级绝缘为1200C ，B 级绝缘为1300C ，F 级绝缘为1550C ，E 级绝缘为1800C 。

8．接法（∆）三相电动机定子绕组的连接方法有星形（Y ）和三角形（△）两种。

定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相电动机。

9．防护等级（IP44）防护等级表示三相电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电机防固体和防水能力。

数字越大，防护能力越强，如IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电机内壳。

第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。

11．定额定额是指三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种。

（1）连续连续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很长，电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。

（2）短时短时工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间很长，使电动机的温升可以降到零的工作方式。

（3）周期断续周期断续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停止时间也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。

普通异步电动机与变频电机的区别一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。

以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。

拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。

高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。

因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。

除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。

这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%--20%。

2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。

他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。

另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。

3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。

变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。

当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。

由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。

4、电动机对频繁启动、制动的适应能力由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。

5、低转速时的冷却问题首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。

其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。

二、变频电动机的特点1、电磁设计对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。

而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。

方式一般如下：1）尽可能的减小定子和转子电阻。

减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。

但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。

因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

2、结构设计再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

4）防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。

主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。

5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。

同步电动机：一、特点：1、功率因数超前，一般额定功率因数为0.9，有利于改善电网的功率因数，增加电网容量。

2、运行稳定性高，当电网电压突然下降到额定值的80%时，其励磁系统一般能自动调节实行强行励磁，保证电动机的运行稳定。

3、过载能力比相应的异步电动机大。

4、运行效率高，尤其是低速异步电动机。

电力电子器件的回顾电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A/D采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了系统的可靠性。

根据可控程度可以把电力电子器件分成两类：半控型器件——第一代电力电子器件上个世纪50年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。

此后，晶闸管(SCR)的派生器件越来越多，到了70年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，功率越来越大，性能日益完善。

但是由于晶闸管本身工作频率较低（一般低于400Hz），大大限制了它的应用。

此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大、效率和可靠性降低。